برگشتن به عمران

دانلود پایان نامه ارشد : رفتار سازه ها تحت بار زلزله

۶,۰۰۰ تومان

Continue Shopping

توضیحات

دانلود پایان نامه ارشد : رفتار سازه ها تحت بار زلزله

200ص

 

-1-پيشگفتار:

زمين لرزه پديده اي طبيعي است كه با شدت هاي گوناگون ودر نقاط مختلف كره زمين اتفاق مي افتد و به دليل عدم شناخت لايه هاي زيرين نمي توان زمان وشدت آن را پيش بيني نمود.

گستره زلزله هاي واقع شده در نقاط مختلف كره زمين، ارتباطي را بين اين نقاط نمايان مي نمايد. امروزه مشخص شده است كه اكثر زلزله هاي دنيا بر روي نوارهايي به نام كمربند زلزله خيزي واقع شده اند.با توجه به تكتونيك صفحه اي موجود، ايران در حال فشرده شدن بين صفحه اروپا،آسيا وصفحه عربستان است. بهترين نشانه اين عمل نيز رشته كوه هاي زاگرس والبرز مي باشدكه در فصل مشترك اين صفحات واقع شده اند. اكثر زلزله هاي مهم ايران نيز در حوالي اين فصل مشترك ها رخ داده است.

نقشه پهنه بندي لرزه خيزي ايران نشان دهنده اين است كه هيچ نقطه اي از كشورمان را نمي توان در مقابل اثر زلزله مصون پنداشت.در شكل( 1-1)نقشه پهنه بندي لرزه خيزي ايران طبق آيين نامه 2800 را مشاهده مي نماييد.]8[

بنابراين طراحي وساخت سازه هايي كه بطور مناسب بتوانند در مقابل زلزله ها پايدار باشد الزامي است،اين موضوع درك وشناخت رفتار سيستم هاي سازه‌اي را آشكار مي سازد.

براي طراحي يك سازه مقاوم در برابر زلزله ركورد شتاب و مشخصات زمين لرزه نيز نياز مي‌باشد، تا اثرات زمين لرزه بر سازه شناسايي گردد اثرات زمين لرزه بر سازه هاي طراحي شده از موضوعات جالب توجه مي‌باشد، زيرا نتيجه آزمايش واقعي روي سازه هاي طراحي شده براساس آخرين آيين نامه هاي تدوين شده هستند.

معمولا هر چاپ جديد از آيين نامه ساختماني بازتابي از نتايج حاصل از آخرين زمين لرزه هاي ثبت شده و تجزيه وتحليل آنها مي‌باشد.

به طور كلي دو روش براي ساخت سازه اي مقاوم در برابر زلزله موجود است:]18[

1-سازه صلب

2-سازه نرم

سازه صلب: در اينگونه سازه ها، پارامتر طراحي تغيير شكلهاي جانبي سازه تحت اثرات زلزله است بطوريكه سازه به قدري صلب ساخته مي شود كه كليه انرژي را جذب مي نمايد و بايستي با انتخاب اجزا بسيار مقاوم، توانايي جذب انرژي را به سازه داد.

سازه نرم: در اينگونه سازها، پارامتر انعطاف پذيري سازه در برابر حركات رفت وبرگشتي كه ناشي از خاصيت خميري آن است مورد استفاده قرار مي گيرد. بدين صورت كه سازه، انرژي را با حركات نوساني و درصد ميرايي آزاد مي‌كند.

با توجه به مطالب گفته شده تعيين سيستم مقاوم(اين سيستم مقاوم شامل تركيبي از عناصر سازه اي افقي وعناصر مهاربندي عمودي مي‌باشد) در برابر نيروهاي جانبي يك موضوع اساسي در طراحي سازه ها مي باشد، كه در اينجا روي سيستم هاي مهاربندي عمودي بحث خواهد شد.

 

شكل (1-1)- نقشه پهنه بندي خطر نسبي زمين لرزه در ايران

 

 

 

فصل دوم

رفتار سازه ها تحت بار زلزله

 

2-1-فلسفه طراحي سازه هاي مقاوم تحت بار زلزله ]13[و]9[

براي دست يافتن به سازه اي ايمن واقتصادي ،سازه هاي طراحي شده در نواحي زلزله خيز با خطر نسبي بالا بايد دو معيار عمده طراحي را تامين كنند:

الف)بايد در برابر زلزله هاي خفيف كه در طول عمر سازه اتفاق مي افتد سختي كافي به منظور كنترل تغيير مكان نسبي بين طبقات و جلوگيري از هر گونه خسا رت سازه اي و غيرسازه اي را داشته و در ضمن بايد سختي كافي براي انتقال نيروهاي زلزله به فونداسيون را دارا باشند

ب) در برابر زلزله هاي شديد بايد شكل پذيري و مقاومت كافي براي جلوگيري از خرابي كامل و فروريزي سازه را داشته باشند.

بنابراين طراحي در برابر زلزله به هيچ وجه به اين معني نمي باشد كه در برابر هر زلزله اي سازه اصلا خسارت نديده ووارد مرحله پلاستيك نشود،بلكه به منظور اقتصادي كردن طرح بايد در برابر زلزله هاي شديد به سازه اجازه داده شود كه وارد مرحله غيرخطي شده وبا تغيير شكل هاي پلاستيك به جذب واستهلاك انرژي پردازد و به همين منظور هم در آيين نامه هاي تحليل نيروي زلزله، نيروي بدست آمده از تحليل طيف الاستيك را به يك ضريب كاهش تقسيم كرده و سازه را براي برش پايه كمتري طرح مي كنند.

اين فلسفه ايجاب مي‌كند كه در طراحي سازه هاي مقاوم در مقابل زلزله به دو مطلب اساسي زير توجه شود:

الف) ايجاد سختي و مقاومت كافي در سازه جهت كنترل تغيير مكان جانبي، تا از تخريب اعضا سازه اي تحت زلزله هاي خفيف، جلوگيري به عمل آيد.

ب)ايجاد قابليت شكل پذيري واتلاف انرژي مناسب در سازه تا در يك زلزله شديد از فرو ريزش سازه جلوگيري گردد.

تامين سختي مناسب و بخصوص سختي جانبي سازه از عوامل اساسي طراحي ساختمانها مي‌باشد. در حد نهايي مقاومت، تغيير شكل هاي جانبي بايد طريقي محدود گردند كه اثرات ثانويه ناشي از بارگذاري قائم  باعث شكست وانهدام سازه نگردند.

در حد بهره برداري ،اولا تغيير شكل ها بايد به مقاديري محدود شوند كه اعضاي غيرسازه اي نظير درها و آسانسورها، بخوبي عمل نمايند.ثانيا بايد براي جلوگيري از ترك خوردگي وافت سختي، از ازدياد و تشديد تنش در سازه جلوگيري نمود و از توزيع بار بر روي اعضاي غيرسازه اي نظير          ميانقابها ونماها خودداري كرد. ثالثا سختي سازه بايد در اندازه اي باشدكه حركتهاي ديناميكي آن محدود شده و باعث اختلال ايمني وآرامش استفاده كنندگان وايجاد مشكل در تاسيسات حساس ساختمان نگردد.

كنترل تغيير مكانهاي جانبي ازاهميت بسياري برخوردار است. لازم به تاكيد است كه گرچه براي شاخص جابجايي مقاديري نظير  پيشنهاد شده واستفاده از آن هم متداول است، ولي اين مقدار الزاما شرايط ايمني وآسايش ديناميكي را تامين نمي كند چنانچه جابجايي سازه بيش از حد باشد ميتوان با اعمال تغييراتي در شكل هندسي سازه، افزايش سختي خمشي اعضاء افقي يا سخت تركردن گره ها و يا حتي با شيب دادن ستونهاي خارجي، جابجايي را كاهش داد.

گاهي در شرايط بحراني از ميراگرهاي مختلف نيز استفاده ميشود. در هر صورت بايد جابجايي كاملا كنترل گردد، در غير اينصورت ساختماني كه از نظر سازه اي بدون نقض است غيرقابل بهره برداري ميگردد.

زمانيكه سازه تحت بارگذاري شتابنگاشت هاي زمين، به صورت ارتجاعي تحليل مي شود نيروهاي وارد بر سازه خيلي بيشتر از آن است كه آيين نامه ها مقرر مي دارند.بنابراين سازه هايي كه با آيين نامه هاي متداول زلزله محاسبه شده اند، تحت يك زلزله شديد و ياحتي متوسط تغيير شكل هاي زيادي خواهند داد. اين تغيير شكل هاي زياد با تسليم شدن بسياري از اعضا سازه همراه خواهد بود. به عبارت ديگر، براي اكثر ساختمانها از نظر اقتصادي قابل قبول نيست كه اندازه اعضا آنها به حدي بزرگ باشند كه در يك زلزله شديد بطور ارتجاعي عمل نمايند لذا شكل پذير بودن يك خاصيت اساسي براي سازه هاي مقاوم در برابر زلزله مي‌باشد. شكل پذيري مناسب در ناحيه غيرارتجاعي نيروهاي وارده از زلزله را مي راند واعضا ميتوانند قبل از فروريختن تغيير شكل هاي غيرارتجاعي يا خميري قابل ملاحظه اي را تحمل نمايند.

همچنين سازه در بارگذاري هاي تكراري (رفت وبرگشتي) نبايد رفتار نامناسب از خود نشان دهد و مقاومت آن در برابر بارهاي تكراري زوال نيابد و در مرحله غيرخطي نيز عملكرد خوبي داشته باشد. به عنوان مثال، قابهاي مهاربندي هم مركز داراي سختي مناسبي هستند ولي به دليل كمانش بادبندها تحت اثر نيروي فشاري داراي رفتار غيرخطي بسيار نامناسبي هستند و ظرفيت استهلاك انرژي بسيار پاييني دارد و انرژي جذب شده در مرحله حلقه هاي مختلف بر روي هم انباشته شده وباعث گسيختگي بادبند مي شود.

علاوه بر شكل پذيري سازه، بايد از مصالح شكل پذير نيز استفاده گردد. به عنوان نمونه شكل         (2-1)نمودار نيرو- تغيير شكل مصالح شكننده مانند بتن وآجر ومصالح شكل پذير مانند فولاد وآلومينيوم را نشان مي‌دهد.]15[

2-2-رفتار مناسب سازه تحت بارگذاري متناوب

سطح زيرمنحني تنش –كرنش، متناسب با انرژي جذب شده توسط جسم مي‌باشد. هر قدر سطح زيرمنحني بزرگتر باشد قابليت جذب انرژي جسم بيشتر مي‌باشد، بنابراين مقاومت جسم در مقابل گسيختگي بيشتر خواهد شد.

از تمام انرژي كه به جسم وارد مي شود فقط بخشي مربوط به ناحيه ارتجاعي باز پس گرفته مي‌شود و باقي انرژي به صورت فرم هاي خميري در جسم تلف شده وعملا غيرقابل برگشت مي‌باشد

اگر جسم ارتجاعي نباشد ويا بارگذاري از حد ارتجاعي گذشته باشد، تغيير فرم بصورت داخلي در جسم باقي مي ماند. در چنين حالتي پس از باربرداري كاملا به نقطه شروع برنگشته وبه نقطه ديگري مانند نقطه O1 در شكل (2-2) مي رسد و اگر نيروي فشار به كششي تبديل شود به نقطه B مي رسد و پس از باربرداري نيز به نقطه O2 مي رسد.

سطح داخلي منحني حلقه اي شكل (هيسترزيس) عبارت از مقدار انرژي تلف شده مي‌باشد وهر قدر هسيترزيس چاق تر باشد اين انرژي تلف شده بيشتر خواهد بود.]15[

رفتارمنحني هيسترزيس به دو دسته تقسيم بندي مي شود كه عبارت است از:

الف) هيسترزيس ثابت(خوب)

ب)هيسترزيس كاهنده(بد)

شكل (2-3) رفتار خوب يا ثابت را در برابر زلزله نشان ميدهد،كه نشان دهنده شكل پذيري زياد، ظرفيت اتلاف انرژي زياد وچرخه هاي پسماند پايدار مي‌باشد. همچنين عدم كاهش مقاومت وعدم كاهش سختي در اثر تناوب بارگذاري وجابجايي هاي زياد از خصوصيت هاي اين رفتار مي‌باشد.

شكل (2-4) رفتار كاهنده يا بد را در برابر زلزله نشان ميدهد. ظرفيت اتلاف انرژي كوچك بوده ومقاومت قاب براثر تكرار بارگذاري كاهش پيدا مي‌كند. در اين حالت بعد از اينكه جابجايي از مقدار متناظر با مقاومت حداكثر افزايش مي يابد، مقاومت رو به زوال رفته وشكل پذيري سازه نيز كم مي شود.

2-3-ضريب رفتار سازه ها

طراحي در برابر زلزله به هيچ عنوان به اين معني نيست كه سازه در برابر زلزله هيچ خسارتي نديده ويا وارد مرحله پلاستيكي نشود، بلكه به منظور اقتصادي بودن طرح بايد در برابر زلزله هاي شديد به سازه اجازه وارد شدن به مرحله غيرخطي داده شود و با تغيير شكل هاي پلاستيك به جذب واستهلاك انرژي پردازد و به همين منظور هم در آيين نامه هاي تحليل نيروي زلزله، نيروي بدست آمده از تحليل طيف الاستيك را به يك ضريب كاهش تقسيم نموده و سازه را براي برش پايه كمتري طرح مي كنند. ]25[و]18[

اين ضريب عبارت است از:

.

.

-3-مقاومت افزون در قابهاي خمشي

مقاومتي كه سازه پس از تشكيل اولين مفصل پلاستيك وتنزل سختي وكاهش درجه نامعيني تا تشكيل مكانيزم و ناپايداري دارد،«مقاومت افزون» ناميده مي شود و ضريب اضافه مقاومت نيز برابر با نسبت نيروي متناظر با حد تسليم كلي سازه در هنگام تشكيل مكانيزم خرابي         ) به نيروي متناظر با تشكيل اولين مفصل پلاستيك در سازه  مي‌باشد.

اهميت مقاومت افزون در جلوگيري از خراب شدن سازه ها در هنگام وقوع زلزله هاي شديد، سالهاست كه به وسيله محققين شناخته شده است. به عنوان مثال در زلزله 1985 مكزيك وجود مقاومت افزون عامل بسيار مهمي در جلوگيري از خرابي برخي از ساختمانها بوده است. همچنين در زلزله رودبار 1369 بسياري از ساختمانهاي 7و8 طبقه در شهر رشت كه شكل پذيري ناچيزي داشتند(به علت اتصالات خورجيني) در اثر وجود مقاومت افزون كه عمدتا به دليل وجود قطعات غيرسازه اي تيغه ها بود از فرو ريختن كامل جان سالم بدر برد.

مقاومت افزون سازه ها به پارامترهايي از قبيل امكان باز توزيع نيروهاي داخلي اعضا( درجات نامعيني سازه)، مقاومتهاي بالاتر از حد مشخص شده مصالح مصرفي، سخت شدگي كرنشها، محدوديت هاي آيين نامه بر تغييرمكانهاي جانبي وبر ابعاد و جزئيات سازه‌اي، اثرات تركيبات بارگذاري و اثرات اجزاء غيرسازه اي مرتبط شده اند.

در اين حالت تنشهاي اضافي از اعضا تسليم شده به اعضا قبل از تسليم منتقل گرديده و ميزان تحمل بار سازه را با توجه به نوع مكانيزم افزايش مي‌دهد. ]32[

در طراحي بر مبناي نياز و ظرفيت شكل پذيري، هدف طراحي ايجاد مقاومت R و سختي كافي براي سازه هاست بطوريكه نيازهاي شكل پذيري ايجاد شده توسط زلزله طرح از ظرفيتهاي شكل پذيري موجود سازه تجاوز ننمايد. لذا طراحي براساس ارزيابي مقادير نياز وظرفيت شكل پذيري موجود با در نظر گرفتن رفتار غيرخطي سازه صورت مي گيرد.

براساس تحقيقات انجام شده مشخص گرديده است كه ضريب  در محدوده پريدي كم كاهش يافته و سپس تقريبا ثابت ميشود و بالعكس ضريب (مقاومت افزون) در محدوده پريدي كم افزايش يافته وسپس تقريبا ثابت ميگردد. حالت ايده‌آل چنين تغييراتي در شكل (5­-1) نشان داده شده است.

همانگونه كه از شكل نتيجه مي‌گردد، ممكن است حاصلضرب  بتوانند مقدار ثابت ارائه شده در آيين نامه ها رابراي R توجيه نمايد ولي استفاده از يك ضريب رفتار در تمام محدوده هاي پريدي خيلي تقريبي است و از ثابت بودن حاصلضرب اين دوضريب در تمام محدوده هاي پريدي نمي توان مطمئن بود. ]32[

5-4-نتيجه گيري

1)پيوستگي خمشي بين اعضاي قاب صلب، موجب كارايي سازه درتحمل بارهاي افقي و قائم مي شود.

2)بارهاي قائم در محدوده وسط دهانه شاه تيرها، باعث ايجاد لنگر مثبت و در نزديكي ستونها لنگر منفي ايجاد مي‌كند. و بارهاي افقي باعث رفتار طره اي قابها وخمش دو انحنايي تيرها و ستونها مي شود و سازه را در مد تغييرمكان برشي قرار مي‌دهد.

3)تغييرمكان جانبي قابهاي صلب تحت اثر بارهاي افقي، شامل سه حالت تغيير شكل اعضا است: خمش شاه تير، خمش ستون و تغيير شكل محوري ستون. جابجايي كل سازه از مجموع حالتهاي بالا تعيين مي گردد.اگر جابجايي ازحد مجاز بيشتر شود،بايد مولفه هاي جابجايي كنترل گردد واعضايي كه بيشترين اثر روي جابجايي دارند اصلاح مي گردند.

4)مقاومت افزون سازه ها به پارامترهاي مختلفي بستگي داردكه تعدادي از آنها عبارتند از: امكان باز توزيع نيروهاي داخلي اعضا ،مقاومتهاي بالاتر از حد مصالح مصرفي، محدوديت هاي تغييرمكان وابعاد طبق آيين نامه،تركيبات غيرسازه اي و..

5)ممكن است كه حاصلضرب  بتوانند مقدار ثابت R در آيين نامه را توجيه نمايد ولي استفاده از يك ضريب رفتار در همه  محدوده هاي پريدي بسيار تقريبي است و ثابت بودن اين حاصلضرب در همه محدوديت هاي پريدي قطعي نمي باشد.

 

                          شكل (5-1)-ارتباط ايده آل بين ضرايب

 

 

 

 

فصل ششم

قابهاي  مهاربندي شده


6-1-قابهاي مهاربندي شده هم مركز(CBF)

6-1-1-كليات

قابهاي خمشي به عنوان يك سازه پايه براي سازه هاي فولادي شناخته شده اند. با اين حال وقتي كه محدوديت تغييرمكان براي طراحي اعضا حاكم مي‌گردد، از لحاظ اقتصادي به صرفه نخواهد بود. يك روش براي حل اين مشكل استفاده از مهاربندي هم مركز مي‌باشد كه به عنوان يك خرپاي طره اي و قائم عمل مي كنند. اين خرپاها باعث افزايش مقاومت و پايداري دربرابر بارهاي جانبي مي گردند. در اين قسمت در رابطه رفتار قابها و همچنين اعضا بحراني آنها بحث مي گردد.

6-1-2-رفتار مهاربندي هاي هم مركز

تحقيقات نشان داده اند كه در چرخه ها، ظرفيت كششي ميله حفظ مي گردد ولي كاهش شديدي در ظرفيت باربري فشاري ميله بوجودمي آيد.با توجه به اين مطالب رفتار ضعيف يك مهاربند قطري در شكل (6-1- الف) مشاهده مي گردد. حتي مطابق شكل (6-1-ب) كه مربوط به يك مهاربندي X مي باشد تنزل چرخه هاي پسماند در حين بارهاي چرخه اي مشاهده مي شود.

مي توان با استفاده از سيستم هاي دوگانه رفتار قابهاي CBF رابهبود بخشيد. رفتار پسماند چرخه اي يك سيستم دوگانه را در شكل (6-2) مي توان مشاهده نمود. در قابهاي 7و8 ، بعد از اينكه يكي از مهارها كمانش نمود مقدار ناچيزي نيروي محوري تحمل مي نمايد، در حاليكه مهاركششي سالم باقي مانده است، اين حالت باعث نامتوازن شدن بارهاي قائم در محل اتصال به تير خواهد شد و به طرز شديدي تير را به سمت پايين خواهد كشاند.در اينگونه قابها، تير بايد قابليت تحمل بار ثقلي اعمالي را بدون در نظرگرفتن مهاربند داشته باشد. ]14[

6-1-3-انواع مهاربندي هم مركز

6-1-3-1-مهاربند ضربدري × شكل

در اين نوع مهاربندي يك جفت مهارقطري در وسط طولشان بصورت ضربدري

از كنار هم عبور مي نمايند. اين نوع مهاربند بيشترين سختي را نسبت به مهاربندي ديگر بدست مي‌دهد. اگر مهاربند قطري داراي لاغري زياد باشد، از عملكرد فشاري مهاربند صرفنظر شده است و مقاومت لرزه اي ساختمان كمتر از حالتي خواهدبود كه مقاومت فشاري نيز داشته باشند. با افزايش لاغري  منحني هيسترزيس براي بارگذاري سيكلي به طرف داخل(كاهش سطح زيرمنحني)حركت مي‌كند. اين موضوع در شكل (6-3) قابل مشاهده مي‌باشد. ]18[

6-1-3-2-مهاربند تك قطري Z:

مهاربند تك قطري نوع ديگري از مهاربندهاي هم مركز مي‌باشد كه در آن در هر

دهنه از يك مهاربند قطري استفاده شده است. با توجه به اينكه اين نوع مهاربند در يك جهت فشار و در جهت ديگر كشش را تحمل مي نمايد لذا توصيه مي گردد كه به صورت جفت و در جهت مخالف هم استفاده گردد، تا مهار ها به صورت قرينه باشند و از لقي مهاربندي كه باعث ضربه به ساختمان در حالت عوض شدن جهت بار مي شود جلوگيري گردد. وقتي كه از مهار تك قطري استفاده مي گردد در لحظه تغيير جهت بارجانبي، مهاربندي از حالت كشيده به يكباره به حالت باركمانشي سوق پيدا نموده و باعث ضربه به ساختمان خواهد شد كه لقي مهاربندي ناميده مي شود. ]7[

6-1-3-3-مهاربند 7و8(cherron)

در اين نوع مهاربندي يك جفت مهار قطري به يك نقطه در بالا و يا پايين تير

اتصال مي‌يابد. در اين حالت اعضا مهاربندي بايستي در مقابل 5/1 برابر نيروي لرزه اي تعيين شده طراحي گردند.

تيري كه با مهار برخورد مي‌كند بايستي به صورت يكسره بين دو ستون باشد و بايد قادر به تحمل بار ثقلي با فرض عدم وجود مهاربند باشد. همچنين بالهاي پاييني و بالايي تير در محل تقاطع با مهاربندي 7 بايد جهت تحمل بارجانبي معادل 5/1 درصد مقاومت اسمي بال تير طراحي گردند.        ]14[

6-1-3-4-مهاربندي k شكل

در اين نوع مهاربندي يك جفت مهار مايل به يك نقطه از ارتفاع خالص ستون و در يك طرف ستون اتصال مي يابند. در يك عضو مهاربند نيروي فشاري و در ديگري نيروي كششي وجود د ارد. چون مقاومت فشاري مهار از مقاومت كششي مهار كمتر است، بنابراين اين اختلاف نيرو باعث توليد برش و لنگر خمشي مي گردد. در اين نوع مهاربندي ستونها در هنگام زلزله تسليم مي گردند، لذا بهتر است از اين نوع سيستم استفاده كمتري مي گردد.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه ارشد : رفتار سازه ها تحت بار زلزله”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *